引言针对城镇供热行业的发展趋势，应在保证供热系统安全稳定运行、用户舒适的前提下，提高城镇供热管网系统的运行效率，降低能耗及热耗，达到最优效果[1-2]。结合鞍山市某热源厂供热改造工程，对热源厂与换热站的供回水形式进行了调整升级，将热源厂原有一级网主循环泵扬程降低，同时在各个换热站内增设一级网变频循环泵，采用分布式变频技术，实现能耗优化调控。1工程概述1.1供热现状鞍山市某供热区域内现有大型供热热源厂1座，供热面积447 万m2；并网锅炉房2座，供热面积253 万m2；规划新增供热面积30 万m2。1.2热负荷本工程供热项目主要是解决城市建筑冬季采暖热负荷需求，夏季空调制冷和生活热水热负荷等暂不考虑。根据《城镇供热管网设计规范》（CJJ/T 34—2010）中有关热指标的确定方法及鞍山市的气象资料，结合本区域均为大部分为老旧住宅的实际情况，确定冬季采暖热指标[3]。供热面积汇总如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.023.T001表1热源规模及供热面积项目名称供热面积/万m2建设规模及内容合计730—大型供热热源厂4473×70 MW并网锅炉房A881×14 MW+3×21 MW并网锅炉房B1655×29 MW新上网30—供热区域内热负荷汇总表如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.023.T002表2热负荷汇总项目现状新增合计供热面积/万m270030730热指标/（W/m2）53.646—热负荷/MW375.213.8389原有建筑物热指标：居住建筑52 W/m2；公共建筑65 W/m2；综合热指标53.6 W/m2。新建建筑物热指标：居住建筑45 W/m2；公共建筑55 W/m2；综合热指标46 W/m2（上述居住和公建占比为85%、15%，且热指标已包括管网热损失）。鞍山市供热天数151 d，供热室外平均温度-3.8 ℃，供热室外计算温度为-15.1 ℃，供热室内计算温度为18 ℃。以采暖期室外计算温度-15.1 ℃的耗热量为基础，计算出室外温度从－15.1~5 ℃间隔温度下的小时耗热量，计算如下[4]：Qw=Q018-tw18-t0 (1)式中：t0——室外计算温度，℃；Q0——t0＝－15.1 ℃时的采暖热负荷，GJ/h；Qw——对应tw温度下的热负荷，GJ/h；tw——供暖期任意室外温度，℃。按室外日平均温度连续3 d低于5 ℃开始供暖，连续3 d高于5 ℃停止供暖的规定。鞍山地区供暖期从第一年的11月1日至次年3月31日，共151 d（3 624 h）。供热区域全年采暖供热量为334×104 GJ/a。2热源改造本区域3座供热热源中，并网锅炉房A、B均为小型燃煤锅炉，热效率低，环保设施不完善，仅作为事故备用热源。大型供热热源厂现有3台70 MW燃煤锅炉，供热能力为210 MW而供热区域内总热负荷为389 MW，尚缺179 MW。故拟扩建2台91 MW热水锅炉。2.1锅炉选型根据当地煤质供应情况，同时考虑热源厂供热的紧迫性，本工程采用施工周期较短的链条炉排燃煤热水锅炉。锅炉容量选型考虑节省投资，节约用地，调节灵活，确定选用2台91 MW热水锅炉，不设备用。锅炉所需供热量总计为179 MW，设计热负荷时，锅炉的负荷率接近额定值，属于高效运行区。锅炉性能及参数为：锅炉型号QXL91-1.6/130/70-AII；额定热功率91 MW；排烟温度155 ℃；额定出口水温130 ℃；额定进口水温70 ℃；循环水量1 300 m3/h；设计热效率82.5%；运转层标高6.00 m；设计煤种Ⅱ类烟煤；额定出水压力1.6 MPa。2.2一次网循环系统大型供热热源厂一期已建成3台70 MW链条炉排燃煤热水锅炉，此次二期新增2台91 MW链条炉排燃煤热水锅炉。一、二期循环水系统及补水系统统一考虑，循环水系统供、回水母管分别进行联通。2台91 MW热水锅炉并联运行，锅炉供水温度为设计供、回水温度130 ℃/70 ℃，现有一次网设计供、回水温度为115 ℃/70 ℃。故设置混水系统，即一次网循环水70 ℃回水经循环泵加压后分两路，一路进入锅炉加热至130 ℃，另一路不进入锅炉，与锅炉出口130 ℃供水混合成115 ℃，最终将混合后的水送一次网供水。2台锅炉循环水总流量按照60 ℃温差计算约2 600 m3/h，对应一次网循环水总流量按照45 ℃温差计算约3 500 m3/h，故旁路混水流量为900 m3/h。一、二期循环水总系统如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.023.F001图1循环水总系统在对热源进行改造的同时，本区域外部一次网拟进行分布式变频改造。根据热网水力计算，一期原有3台热水循环泵扬程太高，需进行改造，考虑循环流量富裕及水泵并联下降系数后，改造参数均为：Q=2 800 m3/h，H=25 mH2O，变频控制。二期新增3台循环泵，参数均为：Q=2 152m3/h，H=25 mH2O，变频控制。上述6台泵，其中3台2 800 m3/h（2用1备）布置在一期厂房水泵房中，3台2 152 m3/h（2用1备）布置在二期厂房水泵房。经过外网阻力核算，现有一次网管径DN1 000满足改造后的循环流量要求，故一次网DN1 000回水母管利旧，并引出一路DN900分支接到二期水泵房，入口设除污器，经循环泵加压后进入二期2台91 MW锅炉加热，同时设DN500混水旁路。混水后的一次网供水并入原一期一次网DN1 000供水母管。一、二期循环泵组出口母管设连通管DN900，可互为备用。3一次热网改造本工程大型供热热源厂所承担730 万m2换热面积中，共有换热站97座，现有一次供热管网（25.5×2） km，最大热网管径为DN1 000，供热半径约为4.8 km，采用支状管网形式。3.1现有一次网循环系统一次网循环流程如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.023.F002图2现有一次网循环流程根据前期运行情况反馈，目前这种管网循环系统，存在以下几个问题：（1）运行能耗高。热源厂内的主循环泵扬程根据管网最不利环路的阻力而定，不能随时根据辖区内各换热站的实际需求和管网运行压力的变化及时调整，仅能依靠主循环泵先使一次管网保持恒定的流量，再通过控制各换热站入口处水力调节阀的开度来调节换热站所需流量，导致能量大量损失，并且调节效果欠佳。（2）水力失调现象严重。主要体现在各换热站的设计流量与实际运行流量之间存在偏差。辖区内各换热站管网之间采用并联运行，流量偏差会导致阻力变化，进而影响整个一次网的总体流量，导致一次网水力失调。3.2改造一次网分布式变频系统分布式变频一次网循环流程如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.023.F003图3分布式变频一次网循环流程分布式变频系统其原理为：将一次网循环水的驱动力分为两部分，热源厂循环水泵仅负责克服厂区内热网循环系统的阻力，大幅度降低了热源侧循环泵扬程，使水泵电机功率大幅下降；换热站侧的循环水阻力，依靠各换热站内增设的分布变频循环泵克服。即采用变频循环泵替代原有一次管网中的水力调节阀，各换热站根据供热负荷调节分布变频循环水泵的转速，控制一次网的流量，调整供热负荷，消除水力调节阀带来的能量损失，使管网系统运行更安全、平稳，平衡调节更方便。本工程将原有热源厂主循环泵扬程由116 mH2O降低到25 mH2O，各换热站内增设分布变频循环泵，根据一次网水力计算值，分布变频循环泵扬程为30~95 mH2O。各分布泵可通过控制变频器输出，远程控制水泵频率，从而达到调节各换热站一次侧流量的目的。3.3小结本工程于2017年采暖季初期投产，投产前后运行耗电量对比如表3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.023.T003表3运行耗电量对比项目2016~2017年采暖季2017~2018年采暖季用电变化热源厂总用电量1 712.722 5973.446 3739.276 2换热站总用电量1 063.560 41 467.094 2-403.533 8区域供热总用电量2 776.282 92 440.540 5—节电量——335.742 4万kWh由表4可知，综合节电率为12.1%。通过采用分布式变频技术，管网水力失调的现象得到缓解，并且供热一次网系统能耗显著降低，每采暖季可节约412.63吨标准煤，即可减排二氧化碳1 019.19 t、二氧化硫8.25 t、氮氧化物15.47 t、粉尘4.13 t。4结语结合鞍山市某热源厂供热改造工程，利用分布式变频技术，对热源厂与换热站之间一次网供、回水形式进行升级调整，将热源厂原有一次网主循环泵的扬程降低，同时在各个换热站内增设一次网变频循环泵。根据换热站自身热需求，采用“多用多得，少用少得”的原则，达到节能效果。实践表明，换热站布式变频技术，对提高城镇供热效率，保证优质供热，安全运行及环境保护方面，具有十分显著的作用。